電鍍槽液維護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)分析

楊志業(yè) 舒旭東 王進(jìn)軍 郭燕 李陽(yáng)

（1.沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110850；2.重慶信人科技發(fā)展有限公司，重慶 401221）

0.引言

在航空零件制造過(guò)程中，電鍍工藝是產(chǎn)生有害污染物最多的工序。電鍍工藝中往往含有高濃度的氰化物、重金屬等污染物。以鍍鎘槽液為例，其氰化物濃度一般在100g/L以上，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)十萬(wàn)倍，任何槽液調(diào)整都可能導(dǎo)致大量的污染物排放。

因此做好電鍍槽液維護(hù)管理意義重大，不僅可以保障電鍍生產(chǎn)的正常進(jìn)行和電鍍零件的加工質(zhì)量，還可以從源頭上大量減少污染物的排放，避免對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

本文擬分析國(guó)內(nèi)外電鍍槽液管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常見(jiàn)的槽液管理方法進(jìn)行舉例介紹，為電鍍標(biāo)準(zhǔn)編制與規(guī)范化獻(xiàn)言獻(xiàn)策。

1.電鍍槽液維護(hù)管理方法

1.1 槽液配制階段

為延長(zhǎng)槽液使用壽命，避免有害污染物的排放，在槽液配制階段，要根據(jù)槽液成分的變化趨勢(shì)，合理確定各成分的配制濃度，減少溶液的調(diào)整或報(bào)廢。如在HB/Z 5074《電鍍銀工藝》中，電鍍銀槽液中需要添加碳酸鉀。但在后續(xù)的電鍍過(guò)程中會(huì)反應(yīng)生成碳酸鉀，當(dāng)碳酸鉀含量達(dá)到含量上限時(shí)需要添加氰化鋇來(lái)沉淀碳酸鉀，并倒槽去除沉淀。在這個(gè)處理過(guò)程中不但需要使用劇毒、昂貴的氰化鋇，還會(huì)不可避免地會(huì)造成有害污染物排放。因此在配制鍍銀槽時(shí)碳酸鉀成分宜采用下限濃度進(jìn)行配制。于此類(lèi)似，所有同時(shí)含有氰化物/氫氧化物和碳酸鹽的槽液，碳酸鹽都可能會(huì)因氰化物/氫氧化物存在，造成濃度上升，配制時(shí)，碳酸鹽宜采用下限濃度進(jìn)行配制。

在航空產(chǎn)品電鍍工藝中，一般對(duì)電鍍槽液的氫脆性能有嚴(yán)格要求，而光亮劑成分可能造成零件的氫脆性能下降，SAE標(biāo)準(zhǔn)AMS-QQ-P-416《鍍鎘》中就禁止在抗拉強(qiáng)度≥180ksi的零件鍍鎘中使用光亮劑。因此在零件外觀滿足要求的條件下，配制槽液時(shí)，光亮劑含量應(yīng)盡可能低。配制時(shí)光亮劑濃度的確定及后續(xù)添加量的確定可以參考JB/T 10339《光亮鍍鋅添加劑技術(shù)條件》、JB/T 7508《光亮鍍鎳添加劑技術(shù)條件》。

1.2 槽液使用階段

1.2.1 雜質(zhì)的控制

為避免槽液因雜質(zhì)過(guò)多而廢棄，首先要盡量減少槽液中進(jìn)入雜質(zhì)。除按照標(biāo)準(zhǔn)，除使用指定標(biāo)準(zhǔn)和品級(jí)的化學(xué)藥品、配槽用水、陽(yáng)極外，還應(yīng)注意以下內(nèi)容：

入槽前清洗水應(yīng)盡量采用去離子水配制。以色列航空工業(yè)公司鍍鉻標(biāo)準(zhǔn)中即要求要控制鍍鉻溶液中氯化物含量低于200ppm，過(guò)高的氯離子易造成零件低電流密度區(qū)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。對(duì)于鍍鉻工藝，一般采用硫酸活化，鍍鉻槽中氯離子主要來(lái)源于清洗水，如采用自來(lái)水清洗，槽液中氯離子含量將迅速增加，采用去離子水清洗則能大大減緩槽液中氯離子的增加速度，延長(zhǎng)鍍鉻溶液的使用壽命。

盡量不要將槽液兼做其他用途。將槽液兼做其他用途，雖然便利生產(chǎn)，減少了槽位和槽液配制維護(hù)工作量，但長(zhǎng)久來(lái)看，會(huì)大大減少槽液的使用壽命。按照HB/Z 5073《電鍍錫工藝》，可采用鋼鐵零件化學(xué)氧化槽液進(jìn)行退錫，且短期使用也不會(huì)造成不良影響。但鍍錫零件中多進(jìn)行鍍銅，長(zhǎng)時(shí)間使用鋼鐵零件化學(xué)氧化槽液進(jìn)行退錫，銅會(huì)逐漸溶入化學(xué)氧化槽液，造成化學(xué)氧化槽液銅雜質(zhì)超標(biāo)而報(bào)廢，化學(xué)氧化零件表面現(xiàn)銅絲。以色列航空工業(yè)公司鍍鎘標(biāo)準(zhǔn)中要求閃鍍鎳槽控制鐵離子含量≤7.5g/L，此時(shí)則不能將閃鍍鎳槽兼做陽(yáng)極腐蝕槽。在陽(yáng)極腐蝕過(guò)程中，零件做陽(yáng)極，會(huì)向槽液中融入大量鐵離子，導(dǎo)致閃鍍鎳槽鐵離子含量迅速超標(biāo)，零件閃鍍鎳后呈灰黑色，后續(xù)鍍鎘后出現(xiàn)結(jié)合力不合格等質(zhì)量問(wèn)題。

1.2.2 雜質(zhì)的去除

電解法：電解法適用于容易在電極上被氧化或還原除去的雜質(zhì)，采用該方法維護(hù)槽液，基本沒(méi)有污染物排放。在電鍍槽液的日常維護(hù)中根據(jù)生產(chǎn)情況和槽液使用狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行電解去除雜質(zhì)，將能減少槽液的大處理次數(shù)，延長(zhǎng)槽液的使用壽命，避免不合格品的出現(xiàn)[1-3]。以色列航空工業(yè)公司鍍鎘工藝標(biāo)準(zhǔn)中給出了鍍鎘溶液電解法去除銅、鉛、鐵、鋅的方法，即采用波紋狀鋼陰極，在0.38A/dm2～0.49A/dm2下進(jìn)行電解處理。按該處理方法電解處理，銅、鉛、鐵、鋅離子將被還原，沉積在陰極鋼板上。在HB/Z 5072《電鍍鉻工藝》中給出了氯離子的去除方法，即在60℃～70℃下，80A/dm2～100A/dm2電流密度下電解溶液。按該處理方法電解處理，氯離子將被氧化為氯氣，脫離槽液。

過(guò)濾法：過(guò)濾法即采用過(guò)濾機(jī)過(guò)濾鍍液，濾去懸浮在鍍液中的各種不溶性固體微粒。有光亮要求的鍍種或?qū)Σ垡呵鍧嵍纫獓?yán)格要求的工藝一般均要求槽液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾[4-6]。HB 5335《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝質(zhì)量控制》也要求槽液的過(guò)濾應(yīng)定期或連續(xù)進(jìn)行，其過(guò)濾速度每小時(shí)不得小于槽液體積的2～3倍。龐巴迪公司鍍銀工藝標(biāo)準(zhǔn)中不但要求槽液要進(jìn)行連續(xù)過(guò)濾，還規(guī)定過(guò)濾機(jī)理論精度不低于5μm。需要注意的是，對(duì)于對(duì)有機(jī)雜質(zhì)敏感的低氫脆鍍鎘、氰化鍍鎘鈦、無(wú)氰鍍鎘鈦等低氫脆電鍍工藝，使用的過(guò)濾介質(zhì)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估后再使用，以避免槽液中溶入有機(jī)雜質(zhì)，影響電鍍工藝氫脆性能。

吸附法：吸附法適用于添加劑分解產(chǎn)物等有機(jī)雜質(zhì)、不能采用電解法去除的金屬雜質(zhì)的去除。吸附法因?yàn)樾枋褂没钚蕴课诫s質(zhì)，需要倒槽，多在大處理時(shí)進(jìn)行。在HB/Z 5070《電鍍鎳工藝》中給出了鍍鎳溶液的大處理方法。該方法中綜合采用了氧化劑氧化、活性炭吸附、過(guò)濾、小電流電解的方法，可有效去除鍍鎳槽雜質(zhì)。

1.2.3 槽液的調(diào)整

電鍍槽液中部分成分不是通過(guò)常規(guī)的添加方式進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于這些成分要盡可能地采用綠色環(huán)保的方式進(jìn)行維護(hù)。

碳酸鈉：對(duì)于電鍍槽液，當(dāng)碳酸鈉含量過(guò)高時(shí)，不僅會(huì)造成鍍層粗糙，還會(huì)提高溶液電阻，降低電流效率，浪費(fèi)能源，降低鍍層沉積速度。為了去除電鍍?nèi)芤褐刑妓徕c可以采用添加碳酸鹽去除劑的方式。例如，以色列航空工業(yè)公司低氫脆鍍鎘工藝標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定可以通過(guò)添加ARP210去除，也可以采用冷卻法去除，即將槽液在冷卻至4℃以下去除結(jié)晶的碳酸鈉。冷卻法不僅不會(huì)帶入雜質(zhì)，槽液中部分雜質(zhì)還會(huì)與碳酸鈉共沉積出來(lái)。

三價(jià)鉻：鍍鉻溶液中三價(jià)鉻直接影響到鍍鉻層的性能。為提高鍍鉻溶液中三價(jià)鉻含量，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)HB/Z 5072《電鍍鉻工藝》等一般采用電解法電解生成三價(jià)鉻，但三價(jià)鉻生成速度僅為0.25gCr2O3/A·h，耗能很高。試驗(yàn)表明通過(guò)向鍍鉻液中添加草酸或雙氧水，其中草酸作為還原劑，可將六價(jià)鉻迅速還原至三價(jià)，且不會(huì)帶入雜質(zhì)[7-8]。與之類(lèi)似，對(duì)于不銹鋼電化學(xué)拋光槽，也可采用電解法處理三價(jià)鉻，通過(guò)電解將作為雜質(zhì)的三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為六價(jià)鉻，延長(zhǎng)槽液使用壽命。

1.3 槽液的再生

部分化學(xué)穩(wěn)定性較差的槽液容易因各種原因出現(xiàn)渾濁等現(xiàn)象，針對(duì)這種槽液應(yīng)給出槽液的再生處理方式。在HB/Z 107《高強(qiáng)度鋼零件低氫脆鍍鎘-鈦工藝》中給出了鍍鎘-鈦槽液的再生方法，將槽液加熱后調(diào)整pH值至8～9，過(guò)濾沉淀，處理后的槽液經(jīng)補(bǔ)加藥品后可恢復(fù)正常使用狀態(tài)。

1.4 槽液的廢棄

部分只適合一次性使用的槽液在使用后仍含有較多化學(xué)藥品，針對(duì)此類(lèi)廢棄槽液應(yīng)給出處理建議。如化學(xué)鍍鎳廢棄槽液可以采用化學(xué)沉淀法、離子交換法、電滲析法、電解法等方法進(jìn)行的回收和利用[9-10]，而在HB/Z 5071《化學(xué)鍍鎳工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)》中化學(xué)鍍鎳溶液配方3僅可使用一次，廢棄槽液中仍含有大量的鎳離子、磷離子，但并未給出廢棄槽液的處理方法，不利于資源的合理利用及環(huán)保。

2.電鍍槽液維護(hù)管理建議

由上述分析可知，為提高電鍍槽液維護(hù)管理水平，現(xiàn)行電鍍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范和完善。

2.1 明確電鍍槽液的配制濃度及控制濃度

明確電鍍槽液的配制濃度及控制濃度能有效避免因槽液配制濃度不當(dāng)造成槽液維護(hù)周期過(guò)短的問(wèn)題。明確電鍍槽液的控制濃度，還有利于電鍍槽液的維護(hù)者更好地識(shí)別雜質(zhì)的控制要求，避免因雜質(zhì)超標(biāo)導(dǎo)致的不合格品出現(xiàn)。

明確槽液的控制濃度時(shí)，對(duì)于需要化學(xué)分析的成分，應(yīng)給出該成分的化學(xué)分析方法或指標(biāo)，避免化學(xué)分析方法與槽液的控制需求不匹配。例如，在高強(qiáng)度鋼零件低氫脆鍍鎘鈦工藝控制中要求對(duì)氯化銨含量進(jìn)行分析控制，其主要目的是控制溶液中可起到輔助絡(luò)合的銨根離子。在化學(xué)分析時(shí)，既可以通過(guò)氯離子含量計(jì)算氯化銨含量，也可以通過(guò)銨根離子計(jì)算氯化銨含量。如未指定分析方法，就有可能造成通過(guò)氯離子計(jì)算氯化銨含量，氯化銨測(cè)定結(jié)果偏高，鍍鎘鈦槽液中氯化銨含量不足的故障發(fā)生。

此外，對(duì)于一些配制指標(biāo)與控制指標(biāo)不一致的槽液，也應(yīng)明確給出明確的控制標(biāo)準(zhǔn)，便利于科學(xué)的對(duì)電鍍槽液進(jìn)行維護(hù)。如傳統(tǒng)的四堿除油配方，在使用過(guò)程中很難對(duì)磷酸鈉、硅酸鈉含量進(jìn)行精確測(cè)定，且需要定期清理報(bào)廢部分槽液，配制時(shí)應(yīng)規(guī)定氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉的配制濃度，但控制時(shí)可只規(guī)定溶液的總堿度控制指標(biāo)，不必分別對(duì)氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉濃度進(jìn)行分析及控制。

2.2 控制入槽前清洗用水水質(zhì)

進(jìn)入電鍍槽前最后一道清洗用水因其不可避免地會(huì)帶入鍍槽，應(yīng)采用與鍍槽配槽用水相同的水質(zhì)，并針對(duì)電鍍槽液對(duì)有害雜質(zhì)的敏感程度，設(shè)置水質(zhì)控制指標(biāo)，以防將有害雜質(zhì)帶入電鍍槽，造成電鍍槽雜質(zhì)含量超標(biāo)。因清洗水水質(zhì)往往變化較快，清洗水更換也較頻繁，因此常用常規(guī)的定期化驗(yàn)分析方式不能保證水質(zhì)一直符合控制要求。針對(duì)這種情況可采取每槽生產(chǎn)前用便攜式電導(dǎo)率測(cè)試清洗水電導(dǎo)率，或設(shè)固定的電導(dǎo)率測(cè)試儀，實(shí)時(shí)對(duì)清洗水的電導(dǎo)率參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證水質(zhì)始終符合要求。

2.3 陽(yáng)極腐蝕、退鍍工序單獨(dú)設(shè)槽

為避免陽(yáng)極腐蝕工序?qū)е碌腻儾坭F離子含量迅速上升，應(yīng)盡量避免采用陽(yáng)極腐蝕工序，如必須采用，可以設(shè)置單獨(dú)的陽(yáng)極腐蝕槽位，以避免鍍槽鐵離子超標(biāo)。為避免退鍍工序?qū)е碌腻儾?、活化槽雜質(zhì)含量迅速上升，應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的退鍍槽位，延長(zhǎng)鍍槽、活化槽的使用壽命。

同理，對(duì)于電鍍夾具的退鍍，也應(yīng)盡量單獨(dú)設(shè)槽，不與零件退鍍槽合并，避免常規(guī)生產(chǎn)用槽槽液成分的過(guò)快消耗。

2.4 明確電鍍槽液中各種成分的控制方法

電鍍槽液中除了正常采用分析-添加模式的槽液成分外，其他各種成分也應(yīng)給出控制方法，確保槽液成分的穩(wěn)定，避免槽液出現(xiàn)臨時(shí)故障導(dǎo)致的停工或槽液報(bào)廢。

添加劑的控制要根據(jù)其在電鍍?nèi)芤褐兴鹱饔眉跋姆绞?，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定并做好試驗(yàn)記錄，保證整個(gè)過(guò)程是可驗(yàn)證的，試驗(yàn)方法可參考JB/T 7704.1-6系列《電鍍?nèi)芤涸囼?yàn)方法》。

各種雜質(zhì)應(yīng)給出控制方式，如采用電解、過(guò)濾、吸附等方法去除。為規(guī)范操作，應(yīng)明確要求，盡量給出定量標(biāo)準(zhǔn)，便于執(zhí)行及控制。如電解法每安時(shí)可去除雜質(zhì)含量、過(guò)濾介質(zhì)種類(lèi)、過(guò)濾速度、過(guò)濾精度、單位體積過(guò)濾面積、吸附時(shí)添加活性炭量等參考數(shù)據(jù)。

2.5 明確槽液再生、廢棄要求

針對(duì)化學(xué)穩(wěn)定性較差的槽液，如鍍錫、鍍錫鉍等，應(yīng)給出槽液再生方法。部分只適合一次性使用的槽液，如化學(xué)鍍鎳等，應(yīng)給出槽液的處理方法，避免化學(xué)藥品的浪費(fèi)和污染物的排放。

3.結(jié)語(yǔ)

提高電鍍槽液維護(hù)管理水平不僅能提高電鍍工藝質(zhì)量控制水平、保障電鍍零件的正常生產(chǎn)，還可以有效地減少污染物排放，提高電鍍生產(chǎn)過(guò)程中資源綜合利用水平。

提高電鍍槽液維護(hù)管理水平不僅需要從技術(shù)上研究電鍍槽液各因素控制方法，從管理上嚴(yán)格要求，還需要在電鍍標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中就對(duì)槽液維護(hù)管理內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范，從工藝實(shí)踐出發(fā)對(duì)槽液維護(hù)要求進(jìn)行明確說(shuō)明。